На фоне наблюдающегося судостроительного бума, отраслевые эксперты оценивают рост спроса на соответствующие композитные материалы вполне оптимистично. В частности, по достаточно сдержанным прогнозам профильных американских специалистов, уже за последующее десятилетие объемы их продаж вплотную приблизятся к отметке в $9 млрд, а совокупный среднегодовой темп роста (CAGR)составит 5,9%:
Матрицы: металлическая, керамическая, полимерная
Предполагается, что развитие судостроительных композитных конструкций на полимерных матрицах (порядка 40% всех объемов рынка в 2024 г.) будет идти опережающими темпами, при сопоставимом увеличении доли матриц керамических и гораздо более скромных (но все же значительных) объемов использования матричных структур с применением металла. Доминирующим композитным материалом в среднесрочной перспективе останутся эпоксидные смолы (ок. 38% в 2024 г.), что объясняется их исключительной прочностью, крепким сцеплением с армирующим волокном, а также высокой устойчивостью к воздействию агрессивной внешней среды. В дополнение к этому, судостроители активизируют использование полиэстера и смолы на виниловом эфире, а также (в гораздо меньших объемах) LSE- смол. Рейтинг материалов для усиления композитной конструкции возглавляет стеклопластик (фиберглас), за которым со значительным отрывом следует углеродное волокно, а также синтетические волокна (кевлар).
Что касается области применения, то к настоящему времени наибольшие (до 35%) объемы "морских" композитов используются при строительстве круизных и более скромных по размерах пассажирских судов, за которыми следуют яхты (32% – причем отнюдь не всегда скромных размеров), катера и моторные лодки (15%) а также "прочие" (18%) суда. Они-то и составляют наиболее интересную для нас группу, объединяющую вспомогательные, промысловые, военные и… грузовые – с цельно композитными корпусами значительной (более 30 м) длины.
Плюсы не без минусов
Между тем, рынок настойчиво нащупывает возможности более широкого использования композитных материалов для строительства судов, причем не только для военного, технического и промыслового, но для торгового флота. Этому способствует множество факторов – от банальной нехватки современного тоннажа, ускорения роста цен на сталь и поступательного подорожания топлива (в т.ч. альтернативного), до новых экологических требований IMO (Международной морской организации) и низкой степенью эффективности утилизации судов из традиционных материалов. Одним из ключевых условий наращивания потенциала "композитного" флота (особенно транспортного) является возможность создания именно судов-"длинномеров" – больших размеров и соответственно большей грузоподъемности.
Преимущества использования для этого композитных материалов вполне очевидны: они обладают гораздо большей долговечностью, нежели традиционные, менее подвержены рискам эксплуатационных повреждений, характеризуются практически абсолютной устойчивостью к коррозии и не требуют постоянного ухода (покраски и т.п.) – что существенно продлевает сроки безопасного использования судов и чувствительно сокращает расходы на их обслуживание. Композиты весьма технологичны в обработке, из них можно изготавливать элементы корпуса с гораздо более сложными профилями, чем из металлов. Ремонт же композитных корпусов производить проще, обходится он (как правило) заметно дешевле аналогичных операций на стальных корпусах, в более короткие сроки и с меньшими трудозатратами (в человеко-часах).
В дополнение к этому, судно из композитных материалов значительно легче металлического аналогичных размеров – а значит способно перевезти больше груза при меньших затратах на топливо для обеспечения экономически оптимальной скорости. Наконец, композиты экологичнее традиционных материалов для судовых корпусов (за исключением дерева) и обладают возможностями для более глубокой переработки при утилизации – опять-таки с гораздо меньшими объемами вредных выбросов в атмосферу (для судов одинаковых типоразмеров).
Однако под розами многочисленных преимуществ, таятся и досадные шипы недостатков, длина которых нарастает по мере увеличения длины корпуса судна. Прежде всего, несмотря на свое чувствительное подорожание, сталь по-прежнему остается наиболее дешевым материалом для судовых корпусов, а композиты – самым дорогим. Поскольку же расходы на проектирование судна из различных материалов в целом сопоставимы, вполне можно понять инвесторов, выбирающих более бюджетный вариант. Если для военного кораблестроения фактор цены в большинстве случаев играет роль второстепенную (чем и объясняется искренняя любовь корабелов всех стран к гособоронзаказу), то при серийном строительстве крупных судов транспортного флота он обретает особое значение.
Инвестиции в этот процесс – о-очень солидные и (главное!) долгие деньги, а при расчете их окупаемости стоит помнить о бонусах в виде возможности более продолжительного рабочего цикла судна при меньших эксплуатационных расходах (на обслуживание, ремонт, топливо и пр.) Только с учетом этих важных составляющих можно говорить об экономической целесообразности перехода к масштабному крупнотоннажному судостроению из композитных материалов. Между тем, помимо собственно цены (вопрос для инвесторов) дополнительные проблемы возникают и перед самими корабелами.
Размер имеет значение
…а опытом создания композитных "длинномеров" обладают преимущественно военные кораблестроители. Как известно, отработка необходимых для этого технологий началась на судах противоминного флота практически по всему миру, причем еще в далеких 1960-х. Причины очевидны: минимизация магнитного поля, устойчивость к гидродинамическим ударам и общая прочность при существенном снижении веса корпуса. От сравнительно небольших, но славных "мыльниц" длиной 25-30 м (характерный пример – еще советский рейдовый тральщик пр. 1258 типа "Корунд"), кораблестроители довольно оперативно перешли к выпуску кораблей с длиной корпуса в 40 метров и более. Так, в 1973-м на флоте Великобритании появился 46-метровый тральщик Wilton, а в начале 1980-х шведские корабелы спустили на воду Landsort (на 2 метра длиннее). Практически одновременно их английские коллеги создали тральщик Hunt, который долгие года считался самым крупным кораблем с монолитным корпусом из композитных материалов:
Это достижение композитного кораблестроения удалось превзойти только в 2009-2015 гг., когда в состав шведского флота были введены пять корветов типа Visby, сочетающие использование композитов с особым дизайном корпуса в соответствии со Stealth-технологиями. Кстати, от строительства шестого корабля серии шведским ВМС пришлось отказаться именно из-за его высокой цены. Отличились и корабелы России: 9 декабря 2016 года в строй вошел созданный на Средне-Невском судостроительном заводе тральщик пр. 12700 типа "Александрит" – "Александр Обухов", который и возглавил последующую серию из 12-ти единиц. Заметим, что если "Александрит" и уступает по размерам шведскому корвету, то все же является кораблем нового поколения (и, похоже, самым крупным тральщиком для ближней морской зоны в истории отечественного ВМФ).
На фоне явного укрупнения композитной продукции военного кораблестроения, успехи этих материалов в гражданском секторе до последнего времени выглядели достаточно скромно. Размеры промысловых и всех вспомогательных судов основных типов диктовала их функциональность, что и ограничивало требуемую длину корпусов 30-35 метрами. Как известно, российские корабелы уже вполне освоили выпуск промысловых судов из композита с длиной корпуса в диапазоне 12-25 м и теперь интенсивно разрабатывают проекты создания уже 33-метровых (яхта) и 35-метровых ("промысловик") плавединиц. Что же касается зарубежных яхтенных дел мастеров, то им удалось установить своеобразный рекорд: в 2003 году со стапеля американской VT-Group (бывшая британская Vosper Thornycroft) сошла 75-метровая суперъяхта Mirabellа V, которая (пока?) считается самым крупным в мире судном с корпусом из композитных материалов.
Итак, 70-метровый рубеж преодолен, а дальше? А вот дальше, похоже, и начинаются проблемы. На сегодняшний день сразу несколько заказчиков интересуются проектами композитных кораблей/судов с длиной корпуса 80-85 метров:
Проект | MCMV 80 | Independence | LZC |
| Страна | Швеция | Сингапур | США |
| Компания-разработчик | Saab Kockums | ВМФ Сингапура и Saab Kockums | ВМС США |
| Назначение | Противоминный корабль | Судно для прибрежных операций | Многоцелевой корвет |
| Длина корпуса,м | 80 | 80 | 85 |
| Тоннаж | 1 250 | 1 250 | 1 200 |
Как видим, наиболее активно в реализацию большинства подобных проектов вовлечены специалисты шведской Saab Kockums – создатели уже известного нам корвета Visby. Впрочем, процесс по-прежнему сдерживает фактор цены: на всякий случай для заказчиков готовят два проекта одного и того же противоминного корабля MCMV 80, с исполнением из композитных материалов или из стали. Подобная ситуация наблюдается и с корветом для ВМФ Сингапура – заказчик все больше склоняется к тому, чтобы использовать композиты только для надстройки, а корпус все же сделать стальным. Что касается США, то их флот пока рассматривает чисто композитный вариант своих перспективных корветов и даже надеются (при серийном строительстве) на 15% сократить расходы на их создание по сравнению со стальными аналогами.
Однако дальнейшее увеличение длины цельно композитных корпусов сдерживается не только высокими ценами. Разработчикам и конструкторам не хватает эмпирических (экспериментальных и/или эксплуатационных данных) о том, как композитные "длинномеры" поведут себя в реальных условиях и насколько устойчивыми они окажутся к рабочим нагрузкам. По мнению ряда зарубежных специалистов, полезные свойства современных материалов на основе армированных синтетическим волокном полимеров, могут оказаться недостаточными для обеспечения надежности корпусов длиной более 100 метров. Практический же предел этого показателя может оказаться еще ниже – в пределах 80-85 метров. Для создания же судов большей длины могут потребоваться уже новые композиты и новые технологии их применения, а значит – многомиллионные инвестиции и долгие годы на исследования и предварительные разработки.
Казалось бы, подобный диагноз делает саму возможность создания из композитов крупных транспортных судов основных типов весьма сомнительной, но… Еще в 2017 году по инициативе (и при финансировании) Еврокомиссии был начат проект FIBRESHIP, целью которого было объявлено обеспечение разработки и строительства коммерческих судов валовой вместимостью более 500 тонн. На деле же планы оказались гораздо более впечатляющими. Согласно материалам Еврокомиссии, при достаточно скромном начальном бюджете в €11 млн, в рамках FIBRESHIP предполагалось создать проекты крупных композитных судов трех типов: исследовательского рыболовного судна (FRV – 85 м), пассажирского типа Ro-Ro (204 м) и 265-метрового контейнеровоза. При этом ожидалось, что по сравнению с аналогичными стальными судами удастся достичь весьма значительного снижения их веса: почти на 70% для FRV, на 36,2% для ролкера и на 45,9% для контейнеровоза. Практически одновременно (и также под эгидой Еврокомиссии) стартовал проект RAMSSES, в ходе реализации которого планировалась разработка конструкторской документации 80-метрового патрульного судна (корвет) из композитов, а также постройка его масштабированной модели.
Комплекс работ по обоим проектам предполагалось завершить в 2020-21 гг., однако практические их результаты (испытательно-демонстрационный отсек FRV и модель патрульного корвета) и сегодня представляются довольно скромными. Тем не менее, первые шаги к применению композитных материалов для корпусов крупных транспортных судов уже делаются – так не отстать бы. А на известный по предшествующим публикациям Korabel.ru вопрос: Суда большого водоизмещения из композитов – это реально? нам всем еще только предстоит ответить.
И хорошо бы – утвердительно.
